闕志達Chiueh, Tzi--Dar臺灣大學:電子工程學研究所林峻渭Lin, Jun-WeiJun-WeiLin2010-07-142018-07-102010-07-142018-07-102008U0001-2207200815561400http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/189031本論文從系統設計的角度出發，完整地設計一可適性正交分頻多工系統(Adaptive OFDM System)，並致力於將可適性正交分頻多工技術延伸至行動式無線通訊上，使得即使在高速移動的環境下，相較於傳統正交分頻多工系統仍有大幅的效能增益。 可適性正交分頻多工系統在行動式無線通訊上，除了傳統的可適性調變(Adaptive Modulation)、回傳縮減(Feedback Reduction)以及通道預測(Channel Prediction)三大議題外，還增加了載波間干擾(Intercarrier Interference)的問題。本論文完整地考慮各項議題，在建立一新式的可適性正交分頻多工系統流程架構後，於可適性調變方面提出動態門檻位元負載演算法(Dynamic Threshold Bit-loading Algorithm)；在回傳縮減方面提出位於領航碼之可適性差動編碼(Adaptive Differential Coding on Pilot)演算法；在通道預測方面則提出迭代式遞迴最小平方通道預測(Iterative RLS Channel Prediction)演算法。且為了有效對抗載波間干擾，提出可適性領航碼能量(Adaptive Pilot Power)以及可適性符元長度(Adaptive Symbol Duration)並加入載波間干擾消除等化器。本論文亦提出Doppler頻率估測與訊雜比估測的方法，以求系統的完整性。 透過在ITU-R車行通道下的模擬結果顯示，本論文所設計的系統可以有效的對抗多重路徑Rayleigh衰減以及動態環境下之Doppler效應。無論在低速或高速移動環境下，相較於傳統正交分頻多工系統都有不錯的效能增益，且有效的消除在高速移動環境下error floor的現象。This thesis proposes design of an adaptive OFDM system with new enhanced adaptive OFDM techniques and extends OFDM application to mobile wireless communications. When compared to conventional OFDM systems, the proposed adaptive OFDM system achieves great performance improvement, especially in high mobility operation. In mobile wireless communication application, in addition to adaptive modulation, feedback reduction and channel prediction, intercarrier interference (ICI) all need to be taken into account. Considering all issues above, I propose several novel techniques and develop an integrated adaptive OFDM system solution. At first, a dynamic threshold bit-loading algorithm is proposed for adaptive modulation; then an adaptive differential coding on pilot is proposed for feedback reduction; and an iterative RLS algorithm is proposed for channel prediction with better precision. Furthermore, in order to combat the notorious ICI problem in mobile environments, adaptive pilot power and adaptive symbol duration algorithms are proposed. ICI cancellation equalizer is also included in the proposed system. For the completeness of this work, methods for Doppler frequency estimation and SNR estimation are also proposed. Simulation results using the ITU-R vehicular channel model show that the proposed system can effectively combat multi-path Rayleigh fading and Doppler effect and successfully mitigates the error floor problem often encountered in high mobility scenarios.目錄 i目錄 v目錄 ix一章 緒論 1.1 背景 1.2 動機 3.3 正交分頻多工(OFDM)技術簡介 6.4 可適性正交分頻多工介紹 10.5 論文內容簡介 13.6 論文組織 14二章 正交分頻多工系統與通道模型簡介 15.1 正交分頻多工系統規格 15.1.1 訊框結構 15.1.2 符元結構 16.1.3 其他參數設定 17.2 通道模型 18.2.1 多路徑Rayleigh衰減 19.2.2 Doppler效應 20.2.3 加成性白色高斯雜訊 22三章 正交分頻多工系統之基頻傳收機之架構 23.1 基頻傳送機架構 23.1.1 穿刺迴旋編碼器 24.1.2 交錯器(interleaver) 24.1.3 資料調變(QAM Mapper) 25.1.4 快速傅利葉轉換(FFT) 26.2 基頻接收機架構 28.2.1 載波頻率飄移估測與補償 30.2.2 通道估測 30.2.3 單階等化器(one-tap equalizer) 32.2.4 資料解調(De-Mapper) 32.2.5 反交錯器 33.2.6 穿刺迴旋解碼器 33.2.7 模擬結果 34四章 可適性正交分頻多工系統設計 37.1 新式可適性正交分頻多工系統架構 37.1.1 傳統可適性正交分頻多工系統架構 37.1.2 新式可適性正交分頻多工系統架構 39.2 可適性調變(adaptive modulation) 41.2.1 最佳位元負載(optimal bit loading) 41.2.2 傳統可適性調變及其問題 42.2.3 動態門檻位元負載演算法(DTL) 44.2.4 模擬比較 46.2.4.1 與傳統OFDM之比較 46.2.4.2 與現有文獻之比較 46.3 回傳縮減(feedback reduction) 48.3.1 發展現況 48.3.2 位於領航碼之可適性差動編碼回傳縮減(ADCP) 50.3.3 比較基準 54.3.4 模擬比較 55.4 通道預測(channel prediction) 58.4.1 線性預測器(linear predictor) 59.4.2 平移不變特性(shift invariant property) 60.4.3 通道預測器係數 61.4.3.1 MMSE Channel Prediction 61.4.3.2 Adaptive Channel Prediction 62.4.4 遞迴最小平方通道預測(RLS channel prediction) 64.4.4.1 現有文獻之遞迴最小平方通道預測演算法 64.4.4.2 迭代式遞迴最小平方通道預測演算法 66.4.5 模擬比較 68五章 在高速移動環境下之可適性正交分頻多工系統 73.1 高速移動環境下的問題 73.1.1 載波間干擾 73.1.2 載波間干擾所造成的影響 78.1.3 高速移動環境對可適性正交分頻多工系統的影響 80.2 可適性領航碼能量 82.3 可適性符元長度 84.3.1 Doppler 頻率估測 87.3.2 FFT點數的決定 90.3.3 傳輸量的控制 91.3.3.1 領航碼間距 91.3.3.2 傳輸量的控制 92.3.4 模擬結果 93.4 載波間干擾消除等化器 94.5 系統效能表現 95六章 系統架構與效能比較 97.1 系統架構 97.2 訊雜比估測 99.3 系統運作流程 103.4 系統效能 106.4.1 步行速度3km/hr (fD=9.7Hz) 106.4.2 慢速車行30km/hr (fD=100Hz) 108.4.3 中速車行60km/hr (fD=194Hz) 110.4.4 高速車行120 km/hr (fD=389Hz) 112.4.5 效能綜合分析 114.5 綜合比較 116.5.1 Adaptive Modulation之比較 116.5.2 Channel Prediction之比較 117.5.3 綜合比較 117七章 結論與展望 119考文獻 1237733956 bytesapplication/pdfen-US可適性正交分頻多工行動式無線通訊可適性調變通道預測載波間干擾adaptive OFDMmobile wireless communicationadaptive modulationchannel predictionICIthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/189031/1/ntu-97-R95943014-1.pdf